JP2022092255A - パターン位置測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 測定対象ワークに形成された測定対象パターンの位置を測定する際に、測定精度を維持しつつ、迅速に測定できるパターン位置測定装置を提供すること。【解決手段】 第１測定対象ワークに形成された第１測定対象パターンと、第２測定対象ワークに形成された第２測定対象パターンとの相対位置を測定する、パターン位置測定装置であって、ワーク保持部と、撮像部と、パターン位置ずれ量測定部を備え、撮像部は、光路分岐部、第１撮像部、第２撮像部を備え、第１撮像部は、第１測定対象ワークの第１測定対象パターンが形成されている面に焦点を合わせて撮像し、第２撮像部は、第２測定対象ワークの第２測定対象パターンが形成されている面に焦点を合わせて撮像することを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、測定対象ワークに形成された測定対象パターンの位置を測定するパターン位置測定装置に関する。特に、２枚の基板を重ね合わせ、互いの基板の表面または内面に形成された測定対象パターン同士の相対位置を測定する装置に関する。

半導体デバイスは、１枚の半導体ウエーハ上に多数の半導体デバイス回路（つまり、デバイスチップの繰り返し外観パターン）が形成された後、個々のチップ部品に個片化され、当該チップ部品がパッケージングされて、電子部品として単体で出荷されたり電気製品に組み込まれたりする。

そして、半導体デバイス回路は、半導体ウエーハ上に複数層のパターンが形成されており、上層パターンが形成された後、下層パターンとの重ね合わせ精度や誤差の測定（つまり、パターン位置測定）が行われている（例えば、特許文献１）。

そして、観察対象となるレイヤーが互いに離隔していても、同一光軸上の少なくとも２つの異なる焦点位置にある物体を１つの結像面で同時に観察する技術が提案されている（例えば、特許文献２）。

特開２００３－２５４７１５号公報 特開平７－２７０７１６号公報

測定対象ワークと基準ワークとのフォーカス位置が異なる場合、特許文献１に開示されている技術では、先ず一方のワークに焦点を合わせて画像を取得した後、他方のワークに焦点位置を変更して画像を取得するため、測定に費やす時間が延びる。また、フォーカス調整の方向が撮像光軸とずれていると、位置測定の精度が低下する。或いは、フォーカス調整中に位置ずれを招くおそれがある。

一方、特許文献２に開示されている技術では、一方のパターン画像中に他方のパターンが映り込んでしまい、測定対象パターンを誤検出するおそれがある。

また、これら課題を解決するために、重ね合わせた２枚の基板をそれぞれ別の方向から独立した光学系を用いて撮像する（上方の基板を上方側から見下ろし、下方の基板を下方側から見上げる）手法もあるが、経時的に撮像光軸がずれていても見過され、所望の精度で位置測定できなくなるおそれがあり、現実的では無い。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、
測定対象ワークに形成された測定対象パターンの位置を測定する際に、測定精度を維持しつつ、迅速に測定できるパターン位置測定装置を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明に係る一態様は、
第１測定対象ワークに形成された第１測定対象パターンと、第２測定対象ワークに形成された第２測定対象パターンとの相対位置を測定する、パターン位置測定装置であって、
相対位置の測定において対応関係にある第１測定対象パターンおよび第２測定対象パターンが所定の位置関係を保たれるように、第１測定対象ワークおよび第２測定対象ワークを保持するワーク保持部と、
第１測定対象パターンおよび第２測定対象パターンを撮像する撮像部と、
第１測定対象パターンと第２測定対象パターンとのずれ量を測定するパターン位置ずれ量測定部を備え、
撮像部は、
撮像領域に対する光軸を共通にしつつ撮像光路を第１光路および第２光路に分岐する光路分岐部と、
第１光路を経由して撮像領域を撮像する第１撮像部と、
第２光路を経由して撮像領域を撮像する第２撮像部を備え、
第１撮像部は、第１測定対象ワークの第１測定対象パターンが形成されている面に焦点を合わせて撮像し、
第２撮像部は、第２測定対象ワークの第２測定対象パターンが形成されている面に焦点を合わせて撮像し、
パターン位置ずれ量測定部は、
第１撮像部で撮像された画像に基づいて算出された第１測定対象パターンの位置情報と、第２撮像部で撮像された画像に基づいて算出された第２測定対象パターンの位置情報から、ずれ量を測定することを特徴とする。

この様なパターン位置測定装置によれば、
光路分岐部と第１撮像部と第２撮像部は、撮像領域に対する光軸を共通にしつつ撮像光路が分岐されているため、撮像光軸がずれ難い。また、第１撮像部では第１測定対象パターンの形成面に合焦させ、第２測定対象パターンの形成面は非合焦にして撮像し、第２撮像部では第２測定対象パターンの形成面に合焦させ、第１測定対象パターンの形成面は非合焦にして撮像することができる。そして、これら第１測定対象パターンと第２測定対象パターンは、同時ないし短時間の間に撮像が行われ、次々と撮像位置を変更しながら又は連続移動中にストロボ撮像するなどして、逐次撮像が可能となる。

測定対象ワークに形成された測定対象パターンの位置を測定する際に、測定精度を維持しつつ、迅速に測定できる。

本発明を具現化する形態の一例の全体構成を示す概略図である。 本発明を具現化する形態の一例の要部を示す概略図である。 本発明を具現化する形態の一例における外観画像を撮像する様子を示す概念図である。 本発明を具現化する形態の一例におけるフロー図である。 第１測定対象ワークの第１測定対象パターンと第２測定対象ワークの第２測定対象パターンの配置例を示す断面図である。

以下に、本発明を実施するための形態について、図を用いながら説明する。なお、以下の説明では、直交座標系の３軸をＸ、Ｙ、Ｚとし、水平方向をＸ方向、Ｙ方向と表現し、ＸＹ平面に垂直な方向（つまり、重力方向）をＺ方向と表現する。また、Ｚ方向は、重力に逆らう方向を上、重力がはたらく方向を下と表現する。また、Ｚ方向を中心軸として回転する方向をθ方向とする。

図１は、本発明を具現化する形態の一例の全体構成を示す概略図である。図１には、本発明に係るパターン位置測定装置１を構成する各部が概略的に示されている。

パターン位置測定装置１は、第１測定対象ワークＷ１に形成された第１測定対象パターンＳ１と、第２測定対象ワークＷ２に形成された第２測定対象パターンＳ２との相対位置を測定するものである。なお本例では、第１測定対象ワークＷ１と第２測定対象ワークＷ２として、透明なガラス基板を例示する。一方、第１測定対象パターンＳ１と第２測定対象パターンＳ２として、アルミニウムやクロム等の金属薄膜がこれらワークＷ１，Ｗ２の表面にパターニングされたものを例示する。以下の説明では、第１測定対象ワークＷ１を「ワークＷ１」と呼び、第２測定対象ワークＷ２を「ワークＷ２」と呼ぶことがある。
具体的には、パターン位置測定装置１は、ワーク保持部２、撮像部３、パターン位置ずれ量測定部４を備えている。さらに、パターン位置測定装置１は、相対移動部Ｍ、コンピュータＣＰ、コントローラＣＮ等を備えている。

図２は、本発明を具現化する形態の一例の要部を示す概略図である。図２には、本発明に係るパターン位置測定装置１を用いて、第１測定対象ワークＷ１の表面に形成された第１測定対象パターンＳ１と、第２測定対象ワークＷ２の表面に形成された第２測定対象パターンＳ２を、それぞれ第１撮像部３Ａと第２撮像部３Ｂにて撮像して取得した画像Ｐ１，Ｐ２が概略的に示されている。
ここでは、第１測定対象パターンＳ１として所定間隔で配置された４つの四角形のパターンを、第２測定対象パターンＳ２として所定の線幅を有する十字型のパターンを例示する。

ワーク保持部２は、第１測定対象パターンＳ１と第２測定対象パターンＳ２との相対位置の測定において、対応関係にある第１測定対象パターンＳ１および第２測定対象パターンＳ２が所定の位置関係を保たれるように、第１測定対象ワークＷ１および第２測定対象ワークＷ２を保持するものである。
具体的には、ワーク保持部２は、相対位置の測定対象となる第１測定対象パターンＳ１と第２測定対象パターンＳ２とが、水平方向に所定の位置決め精度が保たれるよう（換言すれば、所定の位置ずれ許容範囲に収まるように）、第１測定対象ワークＷ１および第２測定対象ワークＷ２を保持する構成をしている。さらに、ワーク保持部２は、第１測定対象ワークＷ１の第１測定対象パターンＳ１と第２測定対象ワークＷ２の第２測定対象パターンＳ２が、第１測定対象ワークＷ１の厚み方向に所定間隔Ｄで離間した状態が保たれるよう、第１測定対象ワークＷ１と第２測定対象ワークＷ２を保持するものである。
より具体的には、ワーク保持部２は、第１ワーク保持部２１、第２ワーク保持部２２等を備えている。

第１ワーク保持部２１は、第１測定対象ワークＷ１を下面側から水平状態を保ちつつ支え、水平方向に姿勢を整え、その姿勢が維持されるよう保持するものである。
具体的には、第１ワーク保持部２１は、載置台２０、アライメント機構（不図示）等を備えている。

載置台２０は、第１測定対象ワークＷ１を下面側から水平状態を保ちつつ支えるものである。具体的には、載置台２０は、上面が水平で、測定対象ワークＷ１と接触する部分に溝部や孔部が設けられており、これら溝部や孔部は、切替バルブなどを介して真空ポンプなどの負圧発生手段と接続されている。そして、ウエーハ保持部２は、これら溝部や孔部を負圧状態若しくは大気解放状態に切り替えることで、ワークＷ１，Ｗ２を保持したり保持解除したりすることができる。より具体的には、載置台２０は、その上面（つまり、第１測定対象ワークＷ１と接する側）が粗面加工やつや消し処理等がされている。
アライメント機構は、第１測定対象ワークＷ１の側面を押し、水平方向に姿勢を整えるものである。

第２ワーク保持部２２は、第２測定対象ワークＷ２を下面側から水平状態を保ちつつ支え、水平方向に姿勢を整え、その姿勢が維持されるよう保持するものである。
具体的には、第２ワーク保持部２２は、略Ｌ字型のブロック、支柱、アクチュエータ等を複数組備え、第２測定対象ワークＷ２の外縁部を下面側から支えつつ、側面を押して水平方向に姿勢を整え、把持した状態を維持したり、把持を解除させることができる。
より具体的には、第２ワーク保持部２２は、第１測定対象ワークＷ１の上方（つまり、撮像部３側）で、第１測定対象ワークＷ１と所定間隔を保ちつつ、第２測定対象ワークＷ２を保持するような構成をしている。また、水平方向に着目すれば、第１測定対象ワークＷ１と第２測定対象ワークＷ２の外形が平面視して重なり合うような位置関係となるよう、ワークＷ２をアライメント（外形位置決め等）して保持する。

撮像部３は、第１測定対象パターンＳ１および第２測定対象パターンＳ２を撮像するものである。具体的には、撮像部３は、第１測定対象パターンＳ１を撮像した画像Ｐ１と、第２測定対象パターンＳ２を撮像した画像Ｐ２を出力するものである。
より具体的には、撮像部３は、光路分岐部３Ｓ、第１撮像部３Ａ、第２撮像部３Ｂ、鏡筒３０、対物レンズ３２、レボルバー３３、照明部３４、ハーフミラー３５等を備えている。

光路分岐部３Ｓは、撮像領域Ｆ１，Ｆ２に対する光軸を共通にしつつ撮像光路３Ｌを第１光路ＬＡおよび第２光路ＬＢに分岐するものである。
具体的には、光路分岐部３Ｓは、対物レンズ３２を通過して鏡筒３０内に導光された撮像光路３Ｌを２方向（図では、上方が第１光路ＬＡ、右方が第２光路ＬＢ）に分岐するものである。
より具体的には、光路分岐部３Ｓは、ビームスプリッタと呼ばれる光学素子で構成されており、光路分岐部３Ｓの下方から入射した光の一部（例えば５０％）を直進させて上方に第１光路ＬＡとして出射させ、残り（例えば５０％）を反射させて右方に第２光路ＬＢとして出射させる。

第１撮像部３Ａは、第１光路ＬＡを経由して撮像領域Ｆ１を撮像し、画像データを出力するものである。
具体的には、第１撮像部３Ａは、第１測定対象ワークＷ１の第１測定対象パターンＰ１が形成されている面Ｓ１に焦点を合わせて撮像する。
より具体的には、第１撮像部３Ａは、撮像カメラ３６Ａ、結像レンズ３８Ａ等を備えている。

撮像カメラ３６Ａは、撮像素子３７Ａを備え、撮像した像を映像信号や画像データとして外部に出力するものである。具体的には、撮像カメラ３６Ａは、ＣＣＤやＣＭＯＳ型イメージセンサチップ等を撮像素子３７Ａとして備えたものが例示できる。
結像レンズ３８Ａは、対物レンズ３２を通して撮像する第１測定対象ワークＷ１の表面に形成された第１測定対象パターンＳ１の像を、撮像素子３７Ａに結像させるものである。

第２撮像部３Ｂは、第２光路ＬＢを経由して撮像領域Ｆ２を撮像し、画像データを出力するものである。
具体的には、第２撮像部３Ｂは、第２測定対象ワークＷ２の第２測定対象パターンＰ２が形成されている面Ｓ２に焦点を合わせて撮像する。
より具体的には、第２撮像部３Ｂは、撮像カメラ３６Ｂ、結像レンズ３８Ｂ等を備えている。

撮像カメラ３６Ｂは、撮像素子３７Ｂを備えて、撮像した像を映像信号や画像データとして外部に出力するものである。具体的には、撮像カメラ３６Ｂは、ＣＣＤやＣＭＯＳ型イメージセンサチップ等を撮像素子３７Ｂとして備えたものが例示できる。
結像レンズ３８Ｂは、対物レンズ３２を通して撮像する第２測定対象ワークＷ２の表面に形成された第２測定対象パターンＳ２の像を、撮像素子３７Ｂに結像させるものである。

なお、第１撮像部３Ａでの撮像と第２撮像部３Ｂでの撮像とは、同時ないし短時間の間に行われる。具体的には、制御部ＣＰから照明部３４に発光信号が出力されて照明光Ｌ１の照射が行われるときに、第１撮像部３Ａと第２撮像部３Ｂの双方で撮像が行われるように、第１撮像部３Ａへの撮像トリガ出力と、第２撮像部３Ｂに対して撮像トリガ出力を同時に行う。なお、ここで言う「同時」とは、完全にタイムラグゼロのみならず、制御装置等のサイクル処理等の遅延時間を考慮し、同時に処理が行われるものと見なせる程度のずれ時間を生じて、信号出力される場合を含む。また、照明部３４に対する発光信号の出力前に、第１撮像部３Ａと第２撮像部３Ｂの双方を撮像可能な状態にしておいて、それぞれの露光時間が経過する前に、照明部３４に対する発光信号を出力（つまり、共通の照明光Ｌ１を発光）させる場合も、「同時の撮像」に含む。また、「短時間の間」とは、検査時間が大幅に遅延しない程度に許容され得るタイムラグを意味する。

より具体的には、撮像カメラ３６Ａ，３６Ｂは、ワークＷ１，Ｗ２に設定された撮像領域Ｆ１，Ｆ２を撮像し、画像Ｐ１，Ｐ２を取得するものである。取得した画像Ｐ１，Ｐ２は、映像信号や映像データとして外部（本実施例では、コンピュータＣＰ）に出力される。

図３は、本発明を具現化する形態の一例における外観画像を撮像する様子を示す概念図である。
図３には、撮像部３の撮像カメラ３６Ａ，３６Ｂが、ワークＷ１，Ｗ２に対して矢印Ｖｓで示す方向に相対移動しながら、ワークＷ１，Ｗ２上に設定された撮像領域Ｆ１，Ｆ２を撮像する様子が示されている。

鏡筒３０は、光路分岐部３Ｓと第１撮像部３Ａと第２撮像部３Ｂを所定の位置関係で固定するものである。
具体的には、鏡筒３０は、外部の光を遮蔽しつつ、対物レンズ３２から入射した観察光Ｌ２を第１撮像部３Ａと第２撮像部３Ｂへ導くよう、略Ｔ字型で内部が空洞（中空とも言う）の筒状をしている。そして、鏡筒３０の一端側（図では下方）にレボルバー３３が取り付けられており、他端側（図では上方と右方）に第１撮像部３Ａと第２撮像部３Ｂが取り付けられており、鏡筒３０の内部には、光路分岐部３Ｓが取り付けられている。また、本例に示す鏡筒３０は、２連分岐構造をしており、レボルバー３３と光路分岐部３Ｓとの間には、照明部３４とハーフミラー３５が取り付けられている。
さらに、鏡筒３０は、連結金具など（不図示）を介して装置フレーム１ｆに取り付けられている。

対物レンズ３２は、ワークＷ１，Ｗ２上の撮像領域Ｆ１，Ｆ２の像を、それぞれ異なる所定の観察倍率で撮像カメラ３６Ａ，３６Ｂの撮像素子３７Ａ，３７Ｂに結像させるものである。具体的には、対物レンズ３２は、倍率の異なる対物レンズ３２ａ，３２ｂを含んで構成されている。
なお、対物レンズ３２は、第１測定対象ワークＷ１の表面（つまり、第１測定対象パターンＳ１が形成されている面）と作動距離ＷＤ１を隔て、第２測定対象ワークＷ２の表面（つまり、第２測定対象パターンＳ２が形成されている面）と作動距離ＷＤ２を隔てて配置されている。

レボルバー３３は、使用する対物レンズ３２の倍率を切り替えるものである。具体的には、レボルバー３３には、倍率の異なる対物レンズ３２ａ，３２ｂが複数取り付けられており、手動または外部からの信号制御に基づいて、所定の角度ずつ回転および静止することで、レンズ倍率の切替ができる。

照明部３４は、撮像に必要な照明光Ｌ１を放出するものである。
具体的には、照明部３４は、第１測定対象ワークＷ１および第２測定対象ワークＷ２に対して複数の波長成分が含まれた照明光Ｌ１を照射するものである。
より具体的には、照明部３４は、レーザダイオードやメタルハライドランプ、キセノンランプ、ＬＥＤ照明などが例示でき、外部からの信号制御に基づいて、発光／消灯を切り替えたり、所定の場所やタイミングでストロボ発光させたりする。

ハーフミラー３５は、照明部３４から放出された照明光Ｌ１を反射させて、測定対象ワークＷ１，Ｗ２側に照射し、これらワークＷ１，Ｗ２側から入射した観察光Ｌ２を撮像部３側に通過させるものである。
なお、第１測定対象パターンＳ１と第２測定対象パターンＳ２とは、ワークＷ１，Ｗ２の厚み方向（Ｚ方向）に離隔されているため、画像Ｐ１には、第２測定対象パターンＳ２にフォーカスが合わず当該パターンＳ２がぼやけて写り、画像Ｐ２には、第１測定対象パターンＳ１にフォーカスが合わず当該パターンＳ１がぼやけて写る。

パターン位置ずれ量測定部４は、第１測定対象パターンＳ１と第２測定対象パターンＳ２とのずれ量ｄＸ，ｄＹを測定するものである。
具体的には、パターン位置ずれ量測定部４は、第１撮像部３Ａで撮像した画像Ｐ１に基づいて算出された第１測定対象パターンＳ１の位置情報と、第２撮像部３Ｂで撮像した画像Ｐ２に基づいて算出された第１測定対象パターンＳ２の位置情報から、これらパターンＳ１，Ｓ２のずれ量ｄＸ，ｄＹを算出（つまり、測定）する。
より具体的には、パターン位置ずれ量測定部４は、コンピュータＣＰの一部として構成されており、以下の様な処理を行うようプログラミングされている。

まず、取得した画像Ｐ１を画像処理し、４つの四角形からなる第１測定対象パターンＳ１の中心（重心でも良い）Ｃ１の位置を算出する。さらに、取得した画像Ｐ２を画像処理し、十字型の第２測定対象パターンＳ２の中心（重心でも良い）Ｃ２の位置を算出する。そして、これら中心Ｃ１，Ｃ２のＸ方向のずれ量ｄＸとＹ方向のずれ量ｄＹとを算出する。なお、これら中心Ｃ１，Ｃ２の位置は、画像Ｐ１，Ｐ２中の基準位置（例えば左上や中央）からの相対位置で表すことができる。なお、パターン位置ずれ量測定部４では、予め登録しておいた、画像Ｐ１，Ｐ２の画素ピッチと対物レンズ３２の倍率等に基づいて、画素数を長さに単位換算したずれ量ｄＸ，ｄＹが算出される。
なお、画像Ｐ１，Ｐ２中の基準位置同士の相対的な位置ずれ量（いわゆる、組み立て誤差）は予め測定・補正（いわゆる、キャリブレーション）をしておく。

相対移動部Ｍは、ワーク保持部２と撮像部３とを相対移動させるものである。
具体的には、相対移動部Ｍは、Ｘ軸スライダーＭ１と、Ｙ軸スライダーＭ２と、回転機構Ｍ３とを備えて構成されている。

Ｘ軸スライダーＭ１は、装置フレーム１ｆ上に取り付けられており、Ｙ軸スライダーＭ２をＸ方向に任意の速度で移動させ、任意の位置で静止させるものである。具体的には、Ｘ軸スライダーは、Ｘ方向に延びる１対のレールと、そのレール上を移動するスライダー部と、スライダー部を移動および静止させるスライダー駆動部とで構成されている。

Ｙ軸スライダーＭ２は、制御部ＣＮから出力される制御信号に基づいて、回転機構Ｍ３をＹ方向に任意の速度で移動させ、任意の位置で静止させるものである。具体的には、Ｙ軸スライダーは、Ｙ方向に延びる１対のレールと、そのレール上を移動するスライダー部と、スライダー部を移動および静止させるスライダー駆動部とで構成されている。

Ｘ軸スライダーＭ１とＹ軸スライダーＭ２のスライダー駆動部は、制御部ＣＮからの信号制御により回転し静止するサーボモータやパルスモータとボールネジ機構を組み合わせたものや、リニアモータ機構などで構成することができる。

回転機構Ｍ３は、載置台２０をθ方向に任意の速度で回転させ、任意の角度で静止させるものである。具体的には、回転機構Ｍ３は、ダイレクトドライブモータなどの、外部機器からの信号制御により任意の角度に回転／静止させるものが例示できる。回転機構Ｍ３の回転する側の部材の上には、ワーク保持部２の載置台２０が取り付けられている。

相対移動部Ｍは、この様な構成をしているため、検査対象となるワークＷ１，Ｗ２を保持したまま、ワークＷ１，Ｗ２を撮像部Ｓに対してＸＹθ方向にそれぞれ独立させて又は複合的に、所定の速度や角度で相対移動させたり、任意の位置・角度で静止させたりすることができる。

コンピュータＣＰは、外部から信号やデータを入力し、所定の演算処理や画像処理を行い、外部に信号やデータを出力するもので、例えば、以下の機能を実行するものである。
・撮像カメラの画素ピッチや撮像倍率の登録
・検査レシピ（撮像位置や撮像順序、撮像間隔（ピッチ、インターバル）、移動速度等）の登録、使用する検査レシピの切替等
・取得した画像Ｐ１，Ｐ２に対する画像処理
・検出したパターンＳ１，Ｓ２の位置測定や単位換算
より具体的には、コンピュータＣＰは、入力部と出力部、記憶部（レジスタやメモリーと呼ばれる）、制御部と演算部（ＣＰＵやＭＰＵと呼ばれる）、画像処理装置（ＧＰＵと呼ばれる）、補助記憶装置（ＨＤＤやＳＳＤなど）等（つまり、ハードウェア）と、その実行プログラム等（つまり、ソフトウェア）で構成されている。

コントローラＣＮは、外部機器（ワーク保持部２、撮像部３、相対移動部Ｍ等の各機器や、コンピュータＣＰ）と信号やデータを入出力し、所定の制御処理を行うもので、例えば、以下の機能を実行するものである。
・ワーク保持部２に対して、ワークＷ１，Ｗ２の保持／解除の信号を出力
・レボルバー３３を制御して、使用する対物レンズ３２（撮像倍率）を切り替える
・照明部３４に対して、ストロボ発光の信号を出力
・撮像カメラ３６Ａ，３６Ｂに対して、撮像トリガを出力
・撮像カメラ３６Ａ，３６Ｂから出力された画像Ｐ１，Ｐ２を入力
・相対移動部Ｍの駆動制御：Ｘ軸スライダーＭ１、Ｙ軸スライダーＭ２、回転機構Ｍ３の現在位置をモニタリングしつつ、駆動用信号を出力し、制御する機能
つまり、コントローラＣＮは、相対移動部Ｍを駆動制御すると共に、ワークＷ１，Ｗ２上に設定された撮像領域Ｆ１，Ｆ２の場所を変更しながら撮像部３に対して撮像トリガを出力することができる。さらに、検査品種に応じて、撮像倍率や視野サイズを切り替え、撮像する間隔を変えながら撮像トリガを出力することができ、所望の画像を取得することができる。

なお、撮像トリガの出力は、下記の様な方式が例示できる。
・Ｘ方向にスキャン移動させながら、所定距離を移動する毎に照明光Ｌ１を極短時間発光（いわゆる、ストロボ発光）させる方式。
・所定位置に移動および静止させて照明光Ｌ１を照射して撮像する（いわゆる、ステップ＆リピート）方式。

より具体的には、コントローラＣＮは、コンピュータＣＰの一部や専用のプログラマブルロジックコントローラ等（つまり、ハードウェア）と、その実行プログラム等（つまり、ソフトウェア）で構成されている。

＜動作フロー＞
図４は、本発明を具現化する形態の一例におけるフロー図である。図５には、上述のパターン位置測定装置１を用いてワークＷ１，Ｗ２に配置されている測定対象パターンＳ１，Ｓ２を撮像し、これら測定対象パターンＳ１，Ｓ２のずれ量を測定する構成が、一連のフローとしてステップ毎に示されている。

先ず、測定用レシピを登録・選択し、測定対象パターンＳ１，Ｓ２の位置情報や撮像順序を設定する（ステップｓ１０）。

続いて、第１測定対象ワークＷ１を、載置台２０に載置し、第１ワーク保持部２１にてアライメント・保持を行う（ステップｓ１１）。

さらに、第２測定対象ワークＷ２を、第２ワーク保持部２２にてアライメント・保持を行う（ステップｓ１２）。

そして、ワーク保持部２と撮像部３とを相対移動させながら、撮像を行う（つまり、画像Ｐ１，Ｐ２を取得する）（ステップｓ１３）。

取得した画像Ｐ１，Ｐ２に対して画像処理等を行い、画像Ｐ１中の測定対象パターンＳ１と画像Ｐ２中の測定対象パターンＳ２の位置を算出する（ステップｓ１４）。

そして、これら画像Ｐ１，Ｐ２中の測定対象パターンＳ１，Ｓ２の位置から、測定対象パターンＳ１，Ｓ２のずれ量を算出（つまり、測定）する（ステップｓ１５）。

そして、測定を継続するかどうかを判別し（ステップ１６）、継続する場合は、上述のステップｓ１３～ｓ１６を繰り返す。一方、測定を継続しない場合は、第２測定対象ワークＷ２を取り出す（ステップｓ１７）。

そして、次の測定対象ワークＷ２に対してずれ量の測定を行うかどうかを判定し（ステップｓ１８）、測定を行う場合は、上述のステップｓ１０～ｓ１８を繰り返す。一方、測定を行わない場合は、第１測定対象ワークＷ１を取り出す（ステップｓ１９）。

そして、別の測定を行うかどうかを判定し、測定を行う場合は、上述のステップｓ１０～ｓ２０を繰り返す。一方、測定を行わない場合は、一連のフローを終了する。

この様な構成をしているため、パターン位置測定装置１は、
光路分岐部３Ｓと第１撮像部３Ａと第２撮像部３Ｂは１つの鏡筒３０で所定の位置関係で固定されているため、撮像光軸が位置ずれし難い。また、第１撮像部３Ａでは第１測定対象パターンＳ１の形成面に合焦させ、第２測定対象パターンＳ２の形成面は非合焦にして撮像し、第２撮像部３Ｂでは第２測定対象パターンＳ２の形成面に合焦させ、第１測定対象パターンＳ１の形成面は非合焦にして撮像することができる。そして、これら第１測定対象パターンＳ１と第２測定対象パターンＳ２は、同時に撮像が行われ、次々と撮像位置を変更しながら又は連続移動中にストロボ撮像するなどして、逐次撮像が可能となる。

そのため、測定対象ワークＷ１，Ｗ２に形成された測定対象パターンＳ１，Ｓ２の位置を測定する際に、測定精度を維持しつつ、迅速に測定できる。

例えば、本発明を適用することで、これから貼り合せようとするワークＷ１，Ｗ２のパターンのずれ量ｄＸ，ｄＹを把握して、貼り合わせ前の結果予測や検査等が可能となる。
また、測定対象パターンＳ１，Ｓ２のどちらか一方の位置情報が既知なものを用いれば、それを基準パターン（つまり、定規）として取り扱い、他方のパターンのずれ量や位置情報を正確に測定することができる。

（別の形態）
なお上述では、本発明を具現化する構成例として、測定対象ワークＷ１，Ｗ２に形成された測定対象パターンＳ１，Ｓ２の位置ずれ量ｄＸ，ｄＹを測定する、パターン位置測定装置１を例示した。
しかし、本発明は上述の構成に限定されず、以下の様な構成のパターン位置測定装置１Ｂにて具現化することができる（図１参照）。

パターン位置測定装置１Ｂは、上述の第１測定対象ワークＷ１を位置測定のための基準ワークとして取り扱い、第２測定対象ワークＷ２に形成された第２測定対象パターンＳ２の位置を測定するものである。

具体的には、パターン位置測定装置１Ｂは、第１測定対象パターンＳ１の位置情報を予め登録しておき、第１測定対象ワークＷ１を保持したまま、第２測定対象ワークＷ２を入れ替え、第１測定対象パターンＳ１と第２測定対象パターンＳ２のずれ量ｄＸ，ｄＹを測定し、第２測定対象パターンＳ２の位置を算出（つまり、測定）するよう、構成されている。

より具体的には、パターン位置測定装置１Ｂは、上述のパターン位置測定装置１に加え、基準位置登録部５、パターン位置算出部６を備えている。

基準位置登録部５は、第２測定対象パターンＳ２の位置の測定基準として、第１測定対象ワークＷ１の形成された第１測定対象パターンＳ１の位置情報を登録するものである。
具体的には、基準位置登録部５には、別の測長装置等で測定しておいた第１測定対象パターンＳ１の位置情報（いわゆる、正確な位置）が登録されている。
より具体的には、基準位置登録部５には、第１測定対象ワークＷ１の外形やアライメントマークを基準にした当該ワークＷ１の座標系を定義して、当該座標系における第１測定対象パターンＳ１の中心位置や重心位置の座標等が、当該パターンＳ１の位置情報として登録されている。

パターン位置算出部６は、パターン位置ずれ量測定部４で測定した第１測定対象パターンＳ１と第２測定対象パターンＳ２とのずれ量ｄＸ，ｄＹと、基準位置登録部５に登録された第１測定対象パターンＳ１の位置情報に基づいて、第２測定対象パターンＳ２の位置を算出するものである。
具体的には、パターン位置算出部６は、基準位置登録部５に登録された第１測定対象パターンＳ１の位置情報（座標等）に、パターン位置ずれ量測定部４で測定したずれ量ｄＸ，ｄＹを加減算することで、第２測定対象パターンＳ２の位置（座標等）を算出する。

この様な構成をしているので、パターン位置測定装置１Ｂは、第１測定対象ワークＷ１を基準ワーク（いわゆる、定規）として用い、第１測定対象ワークＷ１を保持したまま、第２測定対象ワークＷ２を入れ替え、当該ワークＷ２に形成された第２測定対象パターンの位置を測定することができる。

（光路分岐部３Ｓの変形例）
撮像部３の照明部３４から照射される照明光Ｌ１は、単色光であっても良いし、複数の波長成分が含まれた光であっても良い。ここで言う「複数の波長成分」とは、赤色、緑色、青色等の単色光（単波長の光とも言う）の成分が複数含まれる場合や、これらを含む広い波長帯域の光（水色、黄色、白色など）を意味する。そして、光路分岐部３Ｓやハーフミラー３５は、反射・分岐される光に、照明光Ｌ１と同様に複数の波長成分が含まれるよう、表面や界面をコーティングする成膜の厚みや透過率・反射率等を設定する。

しかし、光路分岐部３Ｓは、上述の構成に限らず、光路分岐部３Ｓで分岐される光が、第１撮像部３Ａ側と第２撮像部３Ｂ側とで異なる波長成分となるような構成であっても良い。具体的な構成としては以下の通りである。

第１測定対象ワークＷ１および第２測定対象ワークＷ２に対して複数の波長成分が含まれた照明光Ｌ１を照射する照明部３４を備え、
撮像部３は、照明部３４から照射されて、第２測定対象パターンＳ２または第２測定対象ワークＷ２ならびに、第２測定対象ワークＷ２を通過して第１測定対象パターンＳ１または第１測定対象ワークＷ１の表面で反射した光を撮像し、
光路分岐部３Ｓは、第１撮像部３Ａで撮像される光（第１光路ＬＡの光）の主波長が、第２撮像部３Ｂで撮像される光（第２光路ＬＢの光）の主波長とは異なるように設定されている。

より具体的には、照明光Ｌ１として青色（波長：約４７０ｎｍ）と赤色（波長：約６３０ｎｍ）の波長成分を含み、第１撮像部３Ａにて赤色の光を撮像し、第２撮像部３Ｂにて青色の光を撮像する様に設定しても良い。この場合、光路分岐部３Ｓは、波長５５０ｎｍ以下の成分の光を通過させ、波長５５０ｎｍ以上の成分の光を反射するよう、表面や界面をコーティングする成膜の厚みや透過率・反射率等を設定する。或いは、第１光路ＬＡ中に、波長５５０ｎｍ以下の成分の光を通過させ、波長５５０ｎｍ以上の成分の光を吸収または反射させるフィルタ３９Ａを備え、第２光路ＬＢ中に、波長５５０ｎｍ以上の成分の光を通過させ、波長５５０ｎｍ以下の成分の光を吸収または反射させるフィルタ３９Ｂを備えた構成とする。

つまり、撮像部３として、第１撮像部３Ａで撮像された画像Ｐ１において、第１測定パターンＳ１が合焦状態で撮像され、第２測定パターンＳ２が映り込まないことが好ましい。一方、第２撮像部３Ｂで撮像された画像Ｐ２において、第２測定パターンＳ２が合焦状態で撮像され、第１測定パターンＳ１が映り込まないことが好ましい。

（照明部３４の変形例）
なお上述では、撮像部３の照明部３４として、撮像領域に対する光軸が、撮像部３の撮像光軸と一致するように設定された、同軸落斜方式である構成を例示した。
この様な構成であれば、第１測定対象パターンＳ１や第２測定対象パターンＳ２の反射率が高い場合に、コントラストの高い画像を取得しやすく、ワークＷ１，Ｗ２に対する撮像部３の相対移動がしやすいため、好ましい。

しかし、本発明を適用する上で、照明光Ｌ１の照射方式は上述の構成に限らず、第２測定対象ワークＷ２の表面に対して所定の角度で照明光Ｌ１を照射する斜光照明を用い、観察光Ｌ２として、散乱光を観察する方式でも良い。或いは、照明部３４を第１測定対象ワークＷ１の下方（つまり、載置台２０側）に配置して、上方（つまり、撮像部３）に向けて照明光Ｌ１を照射する構成（いわゆる、透過方式の照明）であっても良い。

（対象ワークとパターンの変形例）
なお上述では、第１測定対象ワークＷ１と第２測定対象ワークＷ２として、透明なガラス基板を例示し、第１測定対象パターンＳ１と第２測定対象パターンＳ２は、アルミニウムやクロム等の金属薄膜でパターニングされたものを例示した。しかし、本発明を適用する上で、これら測定対象ワークＷ１，Ｗ２やこれら測定対象パターンＳ１，Ｓ２は、他の素材で構成されていても良く、照明部３４から照射される光の波長は、適宜設定しうる。

例えば、第２測定対象ワークＷ２をシリコンウエーハとし、照明部３４から照射される光を可視光域と赤外光域の波長に設定しても良い。
この場合、撮像部３は、赤外光により第１測定対象パターンＳ１を撮像し、可視光により第２測定対象パターンＳ２を撮像する構成とする。
そして、撮像部３の撮像カメラ３６Ａ，３６Ｂは、それぞれ受光する光の波長に最適な感度を持つ撮像素子３７Ａ，３７Ｂを備えた構成とする。
具体的には、赤外光により第１測定対象パターンＳ１を撮像する第１撮像部３Ａの撮像カメラ３６Ａは、赤外光の受光感度が高い撮像素子を備えたものを用い、可視光により第２測定対象パターンＳ２を撮像する第２撮像部３Ｂの撮像カメラ３６Ｂは、可視光の受光感度が高い撮像素子を備えたものを用いることが好ましい。また、第２測定対象ワークＷ２の透過率の影響を考慮し、撮像カメラ３６Ａ，３６Ｂは、受光する光の光量（強度とも言う）に応じて、露出やシャッター速度等のパラメータを、それぞれ適宜設定すれば良い。
そうすることで、シリコンウエーハである第２測定対象ワークＷ２を透過する赤外光を用いて、第１測定対象ワークＷ１の表面に形成された第１測定対象パターンＳ１だけが、第１撮像部３Ａで撮像された画像Ｐ１に合焦状態かつ所望の明るさやコントラストで撮像される。一方、第２撮像部３Ｂで撮像された画像Ｐ２には、第２測定対象ワークＷ２に形成された第２測定対象パターンＳ２だけが合焦状態かつ所望の明るさやコントラストで撮像される。

（対象ワークとパターンの配置例）
図５は、本発明を具現化する形態における、第１測定対象ワークＷ１の第１測定対象パターンＳ１と第２測定対象ワークＷ２の第２測定対象パターンＳ２の配置例を示す断面図である。例えば、図５（ａ）～（ｃ）に示す様に、第１測定対象ワークＷ１の上面と第２測定対象ワークＷ２の下面を離隔しつつ、第１測定対象パターンＳ１が上方または下方、第２測定対象パターンＳ２が上方または下方に向くように、これらワークＷ１，Ｗ２を保持する。そうすれば、第１測定対象パターンＳ１と第２測定対象パターンＳ２が所定間隔Ｄで離間した状態となる。或いは、図５（ｄ）～（ｆ）に示す様に、第１測定対象ワークＷ１の上面と第２測定対象ワークＷ２の下面を接触させつつ、第１測定対象パターンＳ１と第２測定対象パターンＳ２の双方が上方または下方に向くように、若しくは第１測定対象パターンＳ１が下方かつ第２測定対象パターンＳ２が上方に向くように、これらワークＷ１，Ｗ２を保持する。そうすれば、第１測定対象パターンＳ１と第２測定対象パターンＳ２が所定間隔Ｄで離間した状態となる。
さらに、水平方向に着目すれば、第１測定対象ワークＷ１と第２測定対象ワークＷ２の外形が平面視して重なり合うように、外形位置決め（アライメント）して保持する。

なお上述では、第１ワーク保持部２１として、載置台２０の上面に第１測定対象ワークＷ１の下面を接触させて保持する構成を示した。しかし、本発明を適用する上で、第１ワーク保持部２１は、この様な構成に限定されず、第２ワーク保持部２２のように第１測定対象ワークＷ１の外縁部を下面側から支えつつ、側面を中心部に向けて押すことで水平方向に姿勢を整え、把持する構成であっても良い。

なお上述では、撮像カメラ３６Ａ，３６Ｂが、第１測定対象ワークＷ１の表面に形成された第１測定対象パターンＳ１の像や第２測定対象ワークＷ２の表面に形成された第２測定対象パターンＳ２の像を撮像する構成を例示した。

しかし、第１測定対象パターンＳ１が第１測定対象ワークＷ１の表面に形成されている構成に限らず、第１測定対象ワークＷ１の内面に形成されていても良い。この場合、対物レンズ３２と第１測定対象パターンＳ１との作動距離ＷＤ１や、結像レンズ３８Ａの曲率、撮像素子３７Ａと結像レンズ３８Ａとの距離ｆａ等を適宜調節すれば良い。
同様に、第２測定対象パターンＳ２が第２測定対象ワークＷ２の表面に形成されている構成に限らず、第２測定対象ワークＷ２の内面に形成されていても良い。この場合、対物レンズ３２と第２測定対象パターンＳ２との作動距離ＷＤ２や、結像レンズ３８Ｂの曲率、撮像素子３７Ｂと結像レンズ３８Ｂとの距離ｆｂ等を適宜調節すれば良い。

（対比するパターンＳ１，Ｓ２の形状,数）
なお上述では、第１測定対象パターンＳ１として所定間隔で配置された４つの四角形のパターンを、第２測定対象パターンＳ２として所定の線幅を有する十字型のパターンを例示した。しかし、これらパターンＳ１，Ｓ２は、この様な形状、個数、レイアウトに限らず、種々変形させても良い。

また上述では、画像Ｐ１，Ｐ２内に第１および第２測定対象パターンＳ１，Ｓ２が１組ずつ配置された例を示して詳細な説明を行った。しかし、第１および第２測定対象パターンＳ１，Ｓ２は、画像Ｐ１，Ｐ２内に複数組が含まれていても良い。
また、第１および第２測定対象パターンＳ１，Ｓ２は、同数で１対１に対応していても良いが、１つの第１測定対象パターンＳ１に対して複数の第２測定対象パターンＳＳ２（いわゆる、１対ｎ）であっても良い。或いは、複数の第１測定対象パターンＳ１に対して１つの第２測定対象パターンＳ２（いわゆる、ｎ対１）でも良い。

（撮像部３の変形例）
なお上述では、撮像部３として、第１撮像部３Ａに結像レンズ３８Ａを備え、第２撮像部３Ｂに結像レンズ３８Ｂを備えた構成を例示した。しかし、本発明を具現化する上で、これら結像レンズ３８Ａ，３８Ｂは必須の構成ではない。例えば、これら結像レンズ３８Ａ，３８Ｂを省略しつつ、第１測定対象パターンＳ１が撮像カメラ３６Ａの撮像素子３７Ａに結像され、第２測定対象パターンＳ２が撮像カメラ３６Ｂの撮像素子３７Ｂに結像されるような、共通の結像レンズ３８Ｃ（図２、破線で示す）を備えた構成であっても良い。この場合、対物レンズ３２と測定対象パターンＳ１，Ｓ２までの作動距離ＷＤ１，ＷＤ２に合わせて、結像レンズ３８Ｃと撮像カメラ３６Ａ，３６Ｂまでの距離を適宜設定する。さらに、この構成では第１撮像部３Ａと第２撮像部３Ｂとで撮像倍率が異なるため、位置情報等を算出する際に換算（いわゆる、スケーリング補正）する構成にしておく。

なお上述では、撮像部３に複数の対物レンズ３２ａ，３２ｂとレボルバー３３を備えた構成を例示した。しかし、本発明を具現化する上で、撮像部３は、この様な構成に限定されず、対物レンズを３つ以上備えていても良いし、１つのみ備えたであっても良い。

（ワーク保持部２の変形例）
なお上述では、ワーク保持部２として、第１測定対象ワークＷ１の第１測定対象パターンＳ１と第２測定対象ワークＷ２の第２測定対象パターンＳ２が、第１測定対象ワークの厚み方向に離隔された状態に保たれるよう、第１測定対象ワークＷ１と第２測定対象ワークＷ２を保持する構成（つまり、第１測定対象ワークＷ１の上面と第２測定対象ワークＷ２の下面とが離隔配置されている）を例示した。しかし、本発明を具現化する上で、これらワークＷ１，Ｗ２はこの様な配置に限定されることなく、適宜変更されても良い。

１ パターン位置測定装置
２ ワーク保持部
３ 撮像部
４ パターン位置ずれ量測定部
５ 基準位置登録部
６ 位置測定部
２０ 載置台
２１ 第１ワーク保持部
２２ 第２ワーク保持部
３Ａ 第１撮像部
３Ｂ 第２撮像部
３Ｓ 光路分岐部
３Ｌ 撮像光路
３０ 鏡筒
３２ 対物レンズ（３２ａ，３２ｂ）
３３ レボルバー
３４ 照明部
３５ ハーフミラー
３６Ａ，３６Ｂ 撮像カメラ
３７Ａ，３７Ｂ 撮像素子
３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ 結像レンズ
３９Ａ，３９Ｂ バンドパスフィルタ
Ｗ１ 第１測定対象ワーク
Ｗ２ 第２測定対象ワーク
Ｓ１ 第１測定対象パターン（Ｃ１：その中心／重心）
Ｓ２ 第２測定対象パターン（Ｃ２：その中心／重心）
Ｐ１ 画像（第１測定対象パターン）
Ｐ２ 画像（第２測定対象パターン）
ｆａ，ｆｂ 焦点距離
ＷＤ１，ＷＤ２ 作動距離
Ｍ 相対移動部
ＣＰ コンピュータ
ＣＮ コントローラ

Claims (4)

1. 第１測定対象ワークに形成された第１測定対象パターンと、第２測定対象ワークに形成された第２測定対象パターンとの相対位置を測定する、パターン位置測定装置であって、
   前記相対位置の測定において対応関係にある前記第１測定対象パターンおよび前記第２測定対象パターンが所定の位置関係を保たれるように、前記第１測定対象ワークおよび前記第２測定対象ワークを保持するワーク保持部と、
   前記第１測定対象パターンおよび前記第２測定対象パターンを撮像する撮像部と、
   前記第１測定対象パターンと前記第２測定対象パターンとのずれ量を測定するパターン位置ずれ量測定部を備え、
   前記撮像部は、
   撮像領域に対する光軸を共通にしつつ撮像光路を第１光路および第２光路に分岐する光路分岐部と、
   前記第１光路を経由して前記撮像領域を撮像する第１撮像部と、
   前記第２光路を経由して前記撮像領域を撮像する第２撮像部を備え、
   前記第１撮像部は、前記第１測定対象ワークの前記第１測定対象パターンが形成されている面に焦点を合わせて撮像し、
   前記第２撮像部は、前記第２測定対象ワークの前記第２測定対象パターンが形成されている面に焦点を合わせて撮像し、
   前記パターン位置ずれ量測定部は、
   前記第１撮像部で撮像された画像に基づいて算出された前記第１測定対象パターンの位置情報と、前記第２撮像部で撮像された画像に基づいて算出された前記第２測定対象パターンの位置情報から、前記ずれ量を測定する
   ことを特徴とする、パターン位置測定装置。
2. 前記第２測定対象パターンの位置を測定する基準として、前記第１測定対象ワークに形成された前記第１測定対象パターンの位置情報を登録する基準位置登録部と、
   前記パターン位置ずれ量測定部で測定した前記第１測定対象パターンと前記第２測定対象パターンとのずれ量と、前記基準位置登録部に登録された前記第１測定対象パターンの位置情報に基づいて、当該第２測定対象パターンの位置を算出するパターン位置算出部を備えた
   ことを特徴とする、請求項１に記載のパターン位置測定装置。
3. 前記第１測定対象ワークおよび前記第２測定対象ワークに対して複数の波長成分が含まれた照明光を照射する照明部を備え、
   前記撮像部は、前記照明部から照射されて、前記第２測定対象パターンまたは前記第２測定対象ワークならびに、前記第２測定対象ワークを通過して前記第１測定対象パターンまたは前記第１測定対象ワークの表面で反射した光を撮像し、
   前記光路分岐部は、前記第１撮像部で撮像される光の主波長が、前記第２撮像部で撮像される光の主波長とは異なるように設定されている
   ことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のパターン位置測定装置。
4. 前記照明部は、撮像領域に対する光軸が、前記撮像部の撮像光軸と一致するように設定された、同軸落斜方式である
   ことを特徴とする、請求項３に記載のパターン位置測定装置。

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